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Energia

Nanotubos de carbono substituem platina como catalisador

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/06/2012

Nanotubos substituem platina em bateria a ar e célula a combustível
O desbaste químico da parede externa dos nanotubos cria folhas de grafeno (brancas) onde se depositam átomos de ferro e nitrogênio, que funcionam como sítios de catálise para as reações químicas.
[Imagem: Guosong Hong]

Catalisador de carbono

Os nanotubos de carbono andaram um tanto eclipsados por seu primo plano, o grafeno, mas os cientistas não pararam de encontrar potenciais novos usos para eles.

Uma descoberta particularmente promissora acaba de ser realizada por cientistas da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos.

Embora haja um grande esforço para fabricar nanotubos de carbono de alta pureza e estruturalmente perfeitos, Hongjie Dai e seus colegas descobriram que, com as impurezas e os defeitos adequados, os pequenos tubos podem substituir a caríssima platina no papel de catalisador.

"Desenvolver uma alternativa de baixo custo para a platina tem sido um dos maiores objetivos das pesquisas por várias décadas, disse o Dr. Dai. "A platina é muito cara, tornando impraticável a comercialização de soluções em larga escala [baseadas no metal]."

O catalisador de nanotubo de carbono poderá ser usado em células a combustível e em um tipo promissor de bateria a ar, que promete superar as atuais baterias de lítio.

Nanotubos de carbono de parede múltipla

Os pesquisadores usaram nanotubos de carbono de parede múltipla, formados por dois ou três nanotubos colocados uns dentro dos outros.

Eles descobriram que a criação de defeitos na parede do nanotubo mais externo, enquanto os nanotubos internos permanecem intactos, melhora sua atividade catalítica sem interferir com sua capacidade de conduzir eletricidade.

"Os defeitos são realmente importantes para formar sítios de catálise, tornando o nanotubo muito ativo para reações catalíticas," disse Yanguang Li, responsável pelos experimentos.

Como não dá para limar nanotubos de carbono, os pesquisadores mergulharam-nos em uma solução química que desdobra porções do nanotubo externo, essencialmente criando pequenas lascas de grafeno que se projetam para fora e para dentro, travando os nanotubos internos.

O tempero final veio com pitadas de ferro e nitrogênio, aumentando a função catalisadora do nanotubo. Como os tubos internos não sofrem defeitos estruturais, eles mantêm a capacidade de condução de energia.

Similar a platina e paládio

"Nós descobrimos que a atividade catalítica dos nanotubos é muito próxima à da platina. Essa elevada atividade e a estabilidade da estrutura torna-a promissora para o uso em células a combustível," disse Li.

O grupo já enviou amostras de seus catalisadores de nanotubos para que equipes que trabalham com células a combustível e tipos inovadores de baterias avaliem seu rendimento.

"As baterias de lítio-ar são promissoras por causa de sua densidade ultra-alta de energia, que é mais de 10 vezes superior à das melhores tecnologias atuais de íons de lítio," disse Dai.

"Um dos obstáculos para seu desenvolvimento tem sido a falta de um catalisador de alto desempenho e baixo custo. Os nanotubos de carbono são uma excelente alternativa à platina, ao paládio e outros catalisadores de metais preciosos agora em uso," concluiu.

Bibliografia:

Artigo: An oxygen reduction electrocatalyst based on carbon nanotube-graphene complexes
Autores: Yanguang Li, Wu Zhou, Hailiang Wang, Liming Xie, Yongye Liang, Fei Wei, Juan-Carlos Idrobo, Stephen J. Pennycook, Hongjie Dai
Revista: Nature Nanotechnology
Vol.: 7, 394-400
DOI: 10.1038/nnano.2012.72






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